Технология переработки некондиционного зерна ржи на пищевые и кормовые цели
| Вид материала | Автореферат |
- Рабочая программа по дисциплине дс. 01. 03 «Технология переработки зерна», 148.18kb.
- Федеральный государственный образовательный стандарт среднего профессионального образования, 1227.3kb.
- Примерная программа наименование дисциплины технология хранения и переработки продукции, 328.32kb.
- Рынок зерна в 1 полугодии 2006 года, 260.92kb.
- Высшего профессионального образования, 245.81kb.
- Влияние различных способов повышения питательности зерна пшеницы и продуктов его переработки, 450.28kb.
- Инновационные аспекты разработки технологии хлеба из проросшего зерна пшеницы, 521.59kb.
- Экспресс-контроль качества цельного зерна по спектрам пропускания в ближней инфракрасной, 390.27kb.
- Корма и кормовые средства Кормовые средства, 552.06kb.
- Асуп хранения и переработки зерна. Реальность и перспективы, 122.77kb.
Физико-химические свойства и выход белков зерна ржи. Учитывая, что в зерне ржи содержится большой процент пентозанов, способных образовывать вязкие комплексные структуры с белками и крахмалом, изучен фракционный состав белковых веществ, чтобы перевести их в раствор, отделить от углеводов и повысить выход сахаров с сиропом.
Показано, что в исследуемых образцах, в отличие от кондиционного зерна, на 13,7% больше содержалось альбуминов, глобулинов и на 8,9% - меньше глиадина (таблица 3).
Таблица 3 – Фракционный состав белков зерна ржи
| Образец | Фракционный состав белков ржи, % от общего белка | ||||
| Альбумины | Глобулины | Глиадин | Глютенин | Остаток | |
| Экструдированное зерно | 33,5 | 23,0 | 9,2 | 18,2 | 16,1 |
| Исходное зерно | 28,3 | 20,8 | 25,2 | 17,2 | 8,5 |
| Кондиционное зерно ٭ | 24,5 | 13,9 | 31,1 | 23,3 | 7,2 |
Примечание – ٭Рядчиков В.Г. Улучшение зерновых белков и их оценка. – М.: Колос, 1978.
В процессе экструзии зерна количество спирторастворимых белков уменьшилось в 2,7
раза, альбуминов, глобулинов увеличилось на 15%, в 1,9 раза повышалось количество белков, не растворяющихся в 0,5 н растворе щелочи. Следовательно, в процессе экструзии одновременно наблюдался и распад белков, и их денатурация, сопровождающаяся агрегированием фракций с образованием остаточной фракции. Возможно, что процесс протекал с участием и продуктов деструкции белков.
В экструдированном зерне общая сумма кислоторастворимых белков составляла 64,3-80,3%, поэтому для одновременного перевода их в раствор и отделения от углеводов, достаточно было использовать кислые среды. Но для повышения большей эффективности экстрагирования исследована способность белков переходить в раствор 0,05н щелочи (рН 12,2) и 0,05 н раствор НСl (рН 4,7-4,8). В последнем случае сырье предварительно обрабатывали ФП Шеарзим 500 Л, содержащим ксиланазу, в количестве 30-60 ед./г. Предположили, что фермент, расщепляя в пентозанах гликозидные связи, облегчит доступ кислоты к белкам, а амилолитических ферментов - к крахмалу и декстринам, повысив тем самым выход сиропа и белкового продукта.
С увеличением времени экстрагирования от 20 до 40 мин количество растворимого белка в кислоте при 50-70оС увеличивалось, а, начиная с 60 мин, оставалось постоянным. Максимальное количество белка 96-97% выделялось за 40-60 мин при температуре 50-700С (рисунок 8).
Установленные режимы использованы далее для предварительного выделения белков из диспергированного зерна ржи и разработке рациональной схемы ее переработки при действии амилолитических ферментов на декстрины и крахмал.
 | Рисунок 8– Выход белка при различном времени экстрагирования Температура, оС: 1-50; 2 - 60; 3 -70. |
Разработка блок-схемы переработки некондиционного зерна ржи. Для определения окончательной последовательности операций переработки зерна ржи (рисунок 9) исследовано влияние процесса выделения белков на выход сахарного сиропа, образующегося в процессе ферментативного гидролиза углеводов под влиянием ФП, белкового продукта и твердого (нерастворимого) остатка. Опыты проводились при режимах, приведенных в таблице 4.
Установлено, что выход продуктов распределялся следующим образом: сахарный сироп - 68-71%, белковый продукт – 9,9-11%, твердый остаток – 12,1-14,1% и потери.
Таблица 4 – Технологические режимы переработки зерна ржи
| №№ п/п | Ферментные препараты, режимы | |||||||||||
| Шеарзим 500Л | Термамил 120 L | Глюкозим Л-400С | ||||||||||
| рН | ед/г | Время мин | оС | рН | ед/г | Время мин | оС | рН | ед/г | Время ч | оС | |
| Опыт 1 | 4,7 | 30 | 90 | 60 | 6,5 | 0,06 | 150 | 73 | 4,3 | 6 | 2,5 | 55 |
| Опыт 2 | 5,5 | 60 | 40 | 70 | 7,0 | 0,16 | 90 | 75 | 4,6 | 4 | 3,0 | 65 |
| Опыт 3 | 5,1 | 45 | 70 | 50 | 6,7 | 0,11 | 120 | 75 | 4,5 | 5 | 2,5 | 60 |
Для определения путей применения сахарного сиропа, ржаного белкового концентрата (РБК) и твердого остатка, полученных по предлагаемой блок-схеме, исследован химический состав и функциональные свойства продуктов, полученных с ферментативным гидролизом полисахаридов ржи.
Рисунок 9 – Блок - схема переработки некондиционного зерна ржи
Основные компоненты зерна распределялись следующим образом: в сироп перешло 98,4% усвояемых и 0,96% неусвояемых углеводов от общего количества сухих веществ, в белковый продукт – 78,1% белка и 15,6% крахмала, в остаток – 82,8% нерастворимых углеводов. Все продукты содержали кальций и фосфор.
По химическому составу сахаросодержащий продукт близок к высокоосахаренной патоке (ГОСТ 52060-2003) (таблица 5), не имел желтого оттенка, бесцветный. Ржаной
белковый продукт по содержанию белка (78%) относился к группе «Концентраты» - (РБК).
Таблица 5 – Показатели качества сахарного сиропа
| Показатель | Сахарный сироп |
| Массовая доля сухих веществ, % | 78,2-79,0 |
| Массовая доля восстанавливающих веществ, % на с.в: | 83,4-87,3 |
| глюкоза (глюкозный эквивалент),% | 64,7-70,2 |
| мальтоза | 12-16 |
| мальтотриоза, мальтотетроза | 2-4 |
| ксилоза | 2,5-3,5 |
| арабиноза | 2,2-3 |
| сахароза | 5,9-4,4 |
| Массовая доля золы, % на с.в. | 0,37-0,42 |
| Кислотность, моль/дм 3на 100 г с.в., | 5,1-5,5 |
| рН | 4,0-4,8 |
Анализ аминокислотного состава белков сырья и продуктов его переработки показал, что в процессе экструзии зерна ржи общее количество кислот уменьшилось на 6% (таблица 6). Скор валина, изолейцина и лизина понижался на 10-14%, общее количество незаменимых аминокислот осталось без изменений. Наиболее лабильным оказался лизин.
Таблица 6 – Показатели аминокислотного состава белков
| | Исходное | Экструдирован-ное зерно | Белковый концентрат | Сахарный сироп* | ||||
| г/100 г | Скор % | г/100 г | Скор, % | г/100 г | Скор% | г/100 г | Скор, % | |
| Лизин | 0,23 | 57 | 0,19 | 49 | 2,55 | 56 | 0,013 | 28 |
| Треонин | 0,22 | 94 | 0,22 | 98 | 2,49 | 100 | 0,022 | 81 |
| Цистин (Ц) | 0,08 | | 0,09 | | 0,96 | | 0,005 | |
| Валин | 0,22 | 94 | 0,25 | 84 | 2,65 | 98 | 0,026 | 93 |
| Метионин | 0,10 | М+ Ц 107 | 0,12 | Ц+М 118 | 1,47 | Ц+М 124 | 0,010 | 75 |
| Изолейцин | 0,17 | 91 | 0,16 | 80 | 1,82 | 83 | 0,014 | 62 |
| Лейцин | 0,43 | 98 | 0,44 | 94 | 5,60 | 107 | 0,040 | 76 |
| Тирозин (Т) | 0,20 | | 0,18 | | 2,32 | | 0,022 | |
| Фенилаланин (Ф) | 0,34 | Ф+Т 128 | 0,34 | 116 | 3,96 | Ф+Т 127 | 0,041 | Ф+Т 125 |
| Сумма аминокислот, | 6,67 | | 7,1 | | 78,09 | | 0,798 | |
| в т.ч незаменимых | 1,71 | | 1,72 | | 17,99 | | 0,166 | |
* Сахарный сироп (55% сухие вещества) получен без предварительного удаления белков
Первой лимитирующей аминокислотой в белковом концентрате оставался лизин,
второй – изолейцин, что характерно и для белков большинства зерновых культур. Треонин и
серосодержашие аминокислоты оставались в норме.
У сахарного сиропа, полученного без предварительного выделения белков (1,79% на с. в.), скор лизина понижался на 49%, изолейцина и лейцина – на 33%, серосодержащих аминокислот – на 22-29%. Следовательно, можно было заключить, что в реакции меланоидинообразования, обуславливающей потемнение сиропа при обработке его теплом, могли принимать участие именно эти аминокислоты.
При исследовании функциональных свойств ржаного белкового концентрата, высушенного распылительным способом (таблица 7), установлено, что растворимость белков значительно выше, чем, например, у сухой пшеничной клейковины (1-3%) или препаратов, полученных из крупки зерна ржи, ячменя, пшеницы (16,5%), в то же время она приравнивалась, например, к растворимости белкового концентрата из пшеничных отрубей.
Таблица 7 – Функциональные свойства ржаного белкового концентрата (РБК)
| Продукт | Растворимость, % | ВСС, г/г | ЖСС, г/г | ЖЭС, % | СЭ, % | ПОС % | СП % |
| Белковый концентрат | 28,2 | 1,8 | 2,2 | 87 | 88 | 280 | 40 |
По жиро-, водосвязывающей и жироэмульгирующей способности РБК превосходил другие виды белковых продуктов. В целом же, за исключением стабильности пены, функциональные свойства белков были относительно высокие. В то же время, стабильность пены, если сравнить ее, например, с тем же показателем для продукта из шелухи ржи (4%), выше у данного концентрата.
Таким образом, обладая свойствами эмульгировать, связывать жир, стабилизировать эмульсию, удерживать воду и ограниченно растворяться, РБК может использоваться в производстве хлебобулочных, мучных кондитерских, макаронных и других видов пищевых изделий.
Химический состав твердого остатка представлен неусвояемыми полисахаридами (около 84% клетчатка, пентозаны), крахмалом, декстринами, сахарами – 8 %, жиром - 1,5%, белком - 3% и минеральными вещества, включая кальций, фосфор. Отсюда побочный продукт переработки зерна ржи целесообразно перерабатывать для создания комбикормов по рациональным технологическим схемам.
Таким образом, доказана целесообразность фракционирования некондиционного зерна ржи на сахарный сироп, белковый концентрат, твердый остаток и промежуточный продукт - гидролизат при соответствующих технологических режимах и параметрах.
Применение продуктов переработки некондиционного зерна ржи при изготовлении пищевых изделий.
Использование сахарного сиропа при изготовлении хлеба. Изучена возможность замены патоки на сахарный сироп при использовании рецептуры пшеничного хлеба «Гражданский» из муки 1-го и 2-го сорта. Хлеб выпекался безопарным способом, оптимальные режимы приготовления пшеничного хлеба определялись с помощью реализованного плана полнофакторного эксперимента ПФЭ-22. Критериями оптимизации являлись пористость (Y1, %), влажность (Y2, %), кислотность (Y2, град.), объемный (Y4, %) и весовой (Y5, %) выходы хлеба.
Проведена статистическая обработка данных эксперимента и с уровнем вероятности Р = 0,95 получены уравнения регрессии, адекватно описывающие процесс:
у1 (пористость) = 75 + 2х1; у2 (влажность) = 44 – 0,1х1 + х2;
у3 = 3,55 + 0,75х1 – 0,05х2 + 0,25х1х2; у4 (объемный выход) = 353 + 28х1;
у5 (весовой выход) = 141 – 3х
Оптимальные дозировки сиропа - 75-125% от количеств патоки. По органолептическим
показателям образцы хлеба, приготовленные с заменой патоки на сироп, соответствовали установленным требованиям на данный вид изделий, имели более высокую пористость, ярко выраженный цвет и объем.
Физико-химические показатели качества хлеба также свидетельствовали о возможности замены патоки в рецептуре пшеничных сортов на сироп из зерна ржи (таблица 8).
Таблица 8 – Физико-химические показатели качества пшеничного хлеба
| Показатели качества | Хлеб из пшеничной муки с 75% патоки | |||
| Первый сорт | Второй сорт | |||
| патока | сироп | патока | сироп | |
| Массовая доля влаги, % | 43,8 | 43,9 | 44,5 | 44,8 |
| Пористость, % | 68 | 72 | 65 | 67 |
| Кислотность, град | 3,0 | 3,3 | 4,0 | 4,2 |
| Объемный выход, % | 323 | 336 | 297 | 318 |
| Весовой выход, % | 135,9 | 136,0 | 136,2 | 136,1 |
Для пшеничного хлеба из муки 1-го сорта исследовано влияние сахарного сиропа на показатели при хранении. Сироп вносился в количестве 75, 100, 125% от рецептурного количества патоки. Изделия хранились при 20±2оС и относительной влажности воздуха 70±5%. Процесс черствения хлеба контролировался по крошковатости и количеству поглощаемой влаги. Контролем служил хлеб с патокой.
Показано, что с увеличением продолжительности хранения в течение 120 ч скорость поглощения влаги хлебом уменьшалась (рисунок 10). В период 100 ч хранения количество поглощаемой влаги каждый час уменьшалось на 0,5%, в последующие 20 ч – до 0,2-0,25% в час. Чем больше в хлебе содержалось сиропа, тем количество поглощаемой влаги было выше, хлеб дольше сохранял свежесть.
 | Рисунок 10 Изменение поглощаемой влаги в процессе хранения хлеба |
В течение первых 100 ч хранения (рисунок 11) крошковатость мякиша хлеба при всех
дозировках сиропа закономерно увеличивалась, в последующие 20 ч стабилизировалась. С увеличением дозировки от 75 до 125% крошковатость мякиша снижалась в 1,4-1,6 раза. В хлебе с сиропом процессы черствения замедлялись значительнее, чем в хлебе с патокой.
Для обоснования улучшения качества хлеба с сиропом проведены модельные опыты по активации дрожжей. Контролем служила питательная среда с соевой мукой, опытами -
среды с сахарным сиропом.
В опыте 1 сиропом заменяли осахаренную заварку и соевую муку, в опыте 2 – одну заварку. В течение 3 ч контролировали подъемную силу дрожжей, прирост почкующихся клеток, количество мертвых клеток и клеток с гликогеном.
 | Рисунок 11 – Зависимость крошковатости от продолжительности хранения |
Показано, что во всех вариантах подъемная сила дрожжей повышалась и достигла 5,5 - 7,3 мин (рисунок 12). Количество почкующихся клеток на протяжении всего периода активации увеличивалось и достигло 17,56% в первой среде, 15,95% – во второй и 15,50% – в третьей.
 | Рисунок 12 – Изменение подъемной силы при активации дрожжей |
Количество клеток с гликогеном на протяжении всего времени активации в образцах составляло 78-79%, количество мертвых клеток не превышало 1%. Таким образом, увеличение подъемной силы дрожжей, количество почкующихся, мертвых клеток и клеток с гликогеном указывало на благоприятные условия для их жизнедеятельности с сиропом.
Установлено, что ржано-пшеничный хлеб, выпеченный по рецептурам сортов «Российский» и «Орловский», а также ржаной с использованием рецептуры сорта «Московский», при 100% замене патоки на сироп, по органолептическим показателям соответствовал всем требованиям на данные виды изделий, а по физико-химическим показателям превышал контрольные образцы: пористость повышалась на 2-3%, удельный объем – на 5-6%; выход хлеба не изменялся.
Закономерности изменения влажности и удельной набухаемости мякиша при хранении (Т=20±2оС, Wотн. воздуха 75%) у образцов, выпеченных с сиропом взамен патоки, показали, они несколько отличались от закономерностей контрольных образцов (рисунки 13-14).
Опытный хлеб «Орловский» и «Московский» на протяжении всего периода хранения
имел значения влажности на 0,3-0,5% выше, чем хлеб с патокой. Удельная набухаемость мякиша также была выше, чем у контрольного хлеба. Вкус, запах, цвет изделий при хранении не отличались от аналогичных показателей хлеба с патокой. Таким образом, доказана возможность использования ржаного сахарного сиропа для приготовления хлеба традиционных пшеничных (мука 1-ый, 2-го сорт), ржаных и ржано-пшеничных сортов.
 Рисунок 13 – Влияние сиропа на влажность хлеба при хранении |  Рисунок 14 – Изменение удельной набухаемости мякиша при хранении |
Установлены оптимальные дозировки сиропа для улучшения пористости, удельного объема, показателей свежести хлеба при хранении, по сравнению с хлебом, выпеченным с патокой.